电工与电子技术单元磁路和变压器PPT学习教案

1、会计学1电工与电子技术单元磁路和变压器电工与电子技术单元磁路和变压器2第1页/共92页3单元单元4 4 磁路和变压磁路和变压器器12345第2页/共92页44.1 4.1 磁磁 路路第3页/共92页5第4页/共92页6BH 第5页/共92页77104ooor0ro1roo第6页/共92页8由于磁性物质的分子间有一种特殊的作用力而使每一区域的分子磁铁排列整齐，显示磁性。这些小区域称为磁畴。在没有外磁场作用时，磁畴排列杂乱无章，磁性互相抵消，因此宏观对外不呈现磁性。第7页/共92页9图图4.1 磁性物质的磁化磁性物质的磁化(a) 磁化前；磁化前；(b) 磁化后磁化后 第8页/共92页10BJ为饱和

2、值，如图4.2所示。图图4.2 磁化曲线磁化曲线 第9页/共92页11以后，因磁场已全部转到外磁场方向，故H值增加时B值基本上不再增加了，这时B值已达到饱和值。可见，当有磁性物质存在时，B和H不成正比，所以磁性物质的磁导率不是常数，随H而变，如图4.3所示。第10页/共92页12图图4.3 B，与与H的关系的关系 第11页/共92页13,应强度B也随之增大，直到B达到饱和值，这条曲线称起始磁化曲线。图图4.4 磁滞回线磁滞回线 第12页/共92页14退磁，当反向磁场增大到一定值时，B值变为0，剩磁完全消失，这时磁场强度称为矫顽力，用Hc表示。随着反向磁场的继续增大，就会使B值反向并由0增大至反

3、向饱和值。然后再将反向磁场减小，即反向去磁，B值将出现反向剩磁。磁性物质经过多次这样磁化、去磁、反向磁化、反向去磁的过程，B-H的关系将沿着一条闭合曲线1-2-3-4-5-6-1周而复始地变化。该闭合曲线称为磁滞回线。第13页/共92页15n有较小的矫顽力和较大的剩磁。它常用在计算机和控制系统中作为记忆元件。矩磁性物质主要有锰镁铁氧体和锂锰铁氧体。第14页/共92页16实际工程中，为了减少漏磁通，采取了很多措施，使漏磁通只占总磁通的很小一部分。第15页/共92页17生电流的源称为电动势，同样在磁场中产生磁通的源称为磁动势。磁动势用F表示，单位为安匝。磁动势的大小等于绕在磁路上的线圈匝数乘以流过

4、线圈的电流。图图4.5 变压器的磁路变压器的磁路 第16页/共92页18n现以图4.6所示的简单磁路为例加以说明。设磁路由单一材料构成，其截面积为S，平均长度为。因平均长度比横截面的尺寸大得多，则可认为在铁芯内磁场是均匀的。第17页/共92页19图图4.6 简单磁路简单磁路 第18页/共92页20第19页/共92页21能，效率很低。第20页/共92页22的阻尼器件等。第21页/共92页23从发电厂输送到用电地区，通常需要很长的输电线。当输送的功率P 和负载功率因数一定时，若输电电压UL 越高，则输电线路电流IL 越小，因而可以选择截面积较小的输电线，节省导线材料，而且还能减少线路上的电压损失和

5、功率损耗。4.2 4.2 变压器的结构及原理变压器的结构及原理cos3LLIUP cos第22页/共92页24少数电动机采用3kV或6kV电压等等。为了适应各种电气设备对电压的不同要求，这就需要在供电之前，利用变压器把电网高电压变成负载所需的低电压。第23页/共92页25第24页/共92页26n 特种变压器：在特殊场合使用的变压器，如作为焊接电源的电焊变压器；专供大功率电炉使用的电炉变压器；将交流电整流成直流电时使用的整流变压器等均属特种变压器。第25页/共92页27n（2）按绕组构成分类）按绕组构成分类按绕组构成分有双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器等。第26页/共92页2

6、8第27页/共92页29起连接铁芯柱使磁路闭合的作用。对铁芯的要求是导磁性能要好，磁滞损耗及涡流损耗要尽量小，因此均采用0.35mm厚的硅钢片制作。第28页/共92页30图图4.7芯式变压器结构芯式变压器结构1铁轭；铁轭；2铁芯柱；铁芯柱；3高压绕组；高压绕组；4低压绕组低压绕组 第29页/共92页31组。通常把低压绕组套装在铁芯柱的内层，这是因为低压绕组与铁芯柱间的绝缘容易做到，而高压绕组套装在外侧，如图4.7所示。图图4.8 壳式变压器结构壳式变压器结构 第30页/共92页32图图4.9 变压器的原理图变压器的原理图 第31页/共92页33图图4.10 变压器空载运行变压器空载运行 第32

7、页/共92页34第33页/共92页35图4.10 第34页/共92页36第35页/共92页37第36页/共92页38图4.9 第37页/共92页39第38页/共92页40第39页/共92页41接在电源上的阻抗Z和接在变压器副边的负载阻抗Z是等效的。根据上述原、副绕组电压、电流的关系可得：2222121222111iUNNiNNUNNiU图图4.11 负载阻抗的等效电路负载阻抗的等效电路 第40页/共92页42第41页/共92页434.3 4.3 三相变压器三相变压器第42页/共92页44式变压器有用铁量少、效率高、价格便宜、占地面积小、维护方便等优点，因而得到了广泛应用。在三相电力变压器中，目

8、前使用最广泛的是油浸式电力变压器，它主要由铁芯、绕组、油箱和冷却装置、保持装置等部件组成，其外形如图4.14所示。图图4.12 三个单相变压器组合的三相变压器三个单相变压器组合的三相变压器 第43页/共92页45图图4.13 三相变压器三相变压器 第44页/共92页46图图4.14 三相变压器外形三相变压器外形 第45页/共92页47d或Ynd连接。因为原绕组接成Y形后，相电压只有线电压的，因而每相绕组的绝缘要求可以降低；副绕组采用三角形连接，相电流只有线电流的，因而副绕组的导线截面积可以减小。3131第46页/共92页48的连接方式有关。nYyn连接时：nnYd连接时：nKNNUUUUUUP

9、PPPNN2121212133KNNUUUUUUPPPPNN333321212121（4.15）（4.16）第47页/共92页49定容量(kVA)，斜线右方数字表示高压侧的额定电压(kV)。下面以SL720010为例说明电力变压器型号的识别方法。第48页/共92页50nSL720010浸自冷式铝线变压器，设计序号为7，额定容量为200kVA，高压侧额定电压为10kV。电力变压器的主要类型除SL7外，还有S6、S7、S9、S10、SF7、SC、SCL、SG、DG等系列。第49页/共92页51变压器允许发热程度而规定的原边与副边中长期容许通过的最大电流值。对三相变压器而言，I1N、I2N均指线电流

10、。第50页/共92页52n额定频率是指变压器运行时允许的外加电源频率。我国电力变压器的额定频率均为50Hz。100022NNNIUS1000322NNNIUSNfNf第51页/共92页53第52页/共92页54如标号为12，表示原、副边线电压是同相位；标号为11，表示原、副边线电压相位差30，且副边超前原边。uvUUVU第53页/共92页55定时，副边电压U2随副边电流I2变化的关系曲线，如图4.15所示。由图4.15可知，I2=0时，U2=U U20（空载电压），当负载为电阻和电感性时，随着负载电流I I2的增大，变压器副边电压U U2逐渐减小。在相同的负载下，U U2减小的程度取决于负载功

11、率因数的大小，功率因数越低，U U2下降越大。当负载为容性负载时，曲线上翘，即U U2随I I2的增大而升高。所以为了减小电压的变化，对于感性负载而言，可在其两端并联电容，以提高负载的功率因数。cos第54页/共92页56nU的大小反映了变压器的输出电压的稳定程度，是变压器的主要技术指标之一，电力变压器的U一般不得超过5%。%100%1002020220UUUUUU（4.19）图图4.15 变压器的外特性变压器的外特性第55页/共92页571222121RIRIPCuFeP%10012PP（4.20） 第56页/共92页58%10022FeCuPPPP第57页/共92页59n 母线的接线方式和

12、主要用电设备对供电的要求。n 当地供电部门对变电所的管理体制。第58页/共92页60于60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。n 具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用三线圈变压器。第59页/共92页61第60页/共92页62冲击负荷的启动要求。第61页/共92页63nS SN N （0.60.7）S Sj j（4.23）n 任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷S Sj j(+)的需要，即：S SN N S Sj j（+）（4.24）第62页/共92页64主变压器台数及高压开关电器和电缆等。n对装设在二层以上的电力变压器

13、，要考虑其垂直和水平运输对通道及楼板载荷的影响。如果采用干式变压器时，其容量不宜大于630kVA。第63页/共92页65第64页/共92页66可分为电压互感器和电流互感器两种。4.4 4.4 特殊变压器特殊变压器第65页/共92页67n为同一标准值100V。因此，在不同电压等级的电路中所用的电压互感器，其变压比是不同的。变压比用额定电压的比值形式标注在铭牌上，例如，6000100、10000100等。2121NNUUKu21UKUu第66页/共92页68图图4.16 电压、电流互感器原理接线图和外形图电压、电流互感器原理接线图和外形图（a）电压互感器原理图；（）电压互感器原理图；（b）电流互感

14、器原理图；）电流互感器原理图；（c）LMJ10.5型电流互感器外形图型电流互感器外形图1铭牌；铭牌；2一次母线穿过口；一次母线穿过口；3铁芯，外绕二次绕组，环氧树脂浇铸；铁芯，外绕二次绕组，环氧树脂浇铸；4安装板，安装板，5二次接线端二次接线端 第67页/共92页69图图4.17电压互感器的接线方案电压互感器的接线方案(a)一个单相电压互感器；一个单相电压互感器； 第68页/共92页70图图4.17 电压互感器的接线方案电压互感器的接线方案(b) 两个单相电压互感器接成两个单相电压互感器接成VV形；形；第69页/共92页71则在一次电路发生单相接地故障时，电压表可能被烧毁。3第70页/共92页

15、72图图4.17 电压互感器的接线方案电压互感器的接线方案(c) 三个单相电压互感器接成三个单相电压互感器接成Y0Y0形；形；第71页/共92页73（零序电压），使电压继电器动作，发出接地故障信号。第72页/共92页74图图4.17 电压互感器的接线方案电压互感器的接线方案 (d)三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成三绕组电压互感器接成Y0Y0形形第73页/共92页75第74页/共92页76电流就是被测电流，因此，原边电流并不受副边状态的影响。电流互感器的变流比，被测电流。1221NNIIKi21IKIi第75页/共92页77通常

16、用于负荷平衡的三相电路，例如低压动力线路中，供测量电流和接过负荷保护装置之用。第76页/共92页78图图4.18 电流互感器的接线方案电流互感器的接线方案（a）一相式；（一相式；（b）两相）两相V形；（形；（c）两相电流差；（）两相电流差；（d）三相星形）三相星形第77页/共92页79上的电流为，其量值为相电流的倍。这种接线适于中性点不接地的三相三线制电路（例如610kV高压电路），作为过电流继电保护之用，也称做两相一继电器接线。bcaIIIcaII3第78页/共92页80仪表后再打开开关。 铁芯和副边的一端必须可靠接地，防止原、副绕组之间的绝缘损坏时，原边的高电压传到副边，危及人身安全。第7

17、9页/共92页81n图4.19为单相自耦变压器的原理图，单相自耦变压器的工作原理与双绕组变压器基本相同。原、副边电压与电流在数值上同样存在以下关系：KNNUU2121KNN1ii1221第80页/共92页82图图4.19 单相自耦变压器单相自耦变压器的原理图的原理图 图图4.20 自耦调压器自耦调压器 第81页/共92页83成本低、效率高，但由于原、副边之间有电的直接联系，因此，原、副边应采用同一绝缘等级。例如，用自耦变压器把6kV降为220V，则副边电路的绝缘也要按6kV来考虑，这样不仅不经济，而且对工作人员来说也不安全。因此，自耦变压器的变压比K一般小于2.5。此外，自耦变压器不允许作为安全变压器使用，这是因为：公共部分断开时，原边的较高电压将直接引入副边；线路万一接错，容易发生触电事故。第82页/共92页84222流I I2的变化情况。普通变压器的外特性是缓慢下降的。第83页/共92页85图图4.21 电焊变压器的外特性电焊变压器的外特性 图图4.22 电焊变压器原理图电焊变压器原理图 第84页/共92页86较小。通常，在变压器的副绕组上串接铁芯电抗器。铁芯电抗器主要由绕在铁芯上的线圈制成，铁芯包括动铁芯与静铁芯，动、静铁芯之间有可以调节的空气隙。空载时，由于焊接电流I I20，电抗器上没有电压降，点弧电压就等于副边端电压。第85页/共92页8